[發(fā)明專利]一種二氧化碳協(xié)同金屬氧化物催化轉(zhuǎn)化碳水化合物的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710376258.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107118092A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘林新;敬霜霜;彭新文;孫潤(rùn)倉(cāng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C07C51/00
• 分類號(hào): C07C51/00;C07C53/02;C07C59/185;C07D307/46;C07C59/08
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 羅嘯秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化碳協(xié)同金屬氧化物催化轉(zhuǎn)化碳水化合物的方法。

背景技術(shù)

石化資源的過(guò)渡利用帶來(lái)日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問(wèn)題，尋求一種能夠在滿足日益增長(zhǎng)能耗需求的同時(shí)保持生態(tài)平衡的新能源已成為各國(guó)科研工作者的共同目標(biāo)。生物質(zhì)資源具有來(lái)源廣泛、環(huán)境友好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是替代石化資源的理想原料。生物質(zhì)作為自然界中儲(chǔ)量最豐富的可再生含碳資源，必將成為液體燃料及有機(jī)化學(xué)品的重要來(lái)源。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是生物質(zhì)的三大主要成分，是自然界中最豐富的非糧碳水化合物，將其催化轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化學(xué)品，如5-羥甲基糠醛、乳酸、甲酸、乙酰丙酸等，是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

由于纖維素間氫鍵結(jié)合作用強(qiáng)，纖維素大分子具有一定結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使得碳水化合物類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化變得困難。添加強(qiáng)酸或強(qiáng)堿可有效促進(jìn)碳水化合物類生物質(zhì)的水解，增強(qiáng)反應(yīng)效率，降低反應(yīng)溫度并減少反應(yīng)時(shí)間。但強(qiáng)酸強(qiáng)堿會(huì)造成設(shè)備腐蝕，對(duì)設(shè)備材料要求高，增加了設(shè)備成本及污水處理成本。過(guò)渡金屬可溶性鹽在水溶液中水解可降低溶液pH，酸化水溶液，也是一種促進(jìn)生物質(zhì)水解的有效催化劑，然而重金屬氧化物對(duì)環(huán)境的污染也不可忽視。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種CO₂協(xié)同金屬氧化物催化轉(zhuǎn)化碳水化合物的方法。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種CO₂協(xié)同金屬氧化物催化轉(zhuǎn)化碳水化合物的方法，包括以下步驟：將化碳水化合物原料、水溶劑或水/四氫呋喃混合溶劑、金屬氧化物加入到反應(yīng)器中，密封反應(yīng)器，然后通入1～10MPa的CO₂，升溫至140～250℃水熱反應(yīng)5～180min，得到有機(jī)酸和糠醛類化合物。

優(yōu)選地，所述化碳水化合物原料包括多糖如淀粉、纖維素、半纖維素，單糖如葡萄糖、木糖、果糖，寡糖如纖維二糖、纖維三糖、纖維四糖或木二糖等。

優(yōu)選地，所述水/四氫呋喃混合溶劑中水和四氫呋喃的體積比為(1～5):1。

所述的CO₂為純CO₂，或直接利用來(lái)自煤化工、燃煤電廠、焦化廠、煉鋼廠等大能耗廠所排放的CO₂廢氣。廢氣中的其他成分如SOx、NOx等，對(duì)水熱反應(yīng)沒(méi)有影響，且能以離子態(tài)形式捕獲在水中，省卻了傳統(tǒng)廢棄處理中的脫硫脫氮工藝，產(chǎn)生的酸也利于纖維素的降解轉(zhuǎn)化。

所述的金屬氧化物是指TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、γ-Al₂O₃、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Co₂O₃、NiO、CuO、Nb₂O₃、La₂O₃、CeO₂中任意一種或者兩種以上的混合。

優(yōu)選地，所述的金屬氧化物為粉末狀，粒徑分布為0.1～300μm。

所述的有機(jī)酸根據(jù)不同沸點(diǎn)經(jīng)減壓蒸餾分離，得到乳酸、甲酸和乙酰丙酸中的至少一種；所述的糠醛類化合物通過(guò)萃取分離，得到5-羥甲基糠醛(HMF)。

優(yōu)選地，所述水或水/四氫呋喃混合溶液的加入量為反應(yīng)器總?cè)萘康?0％～60％，所述碳水化合物的加入量為水質(zhì)量的1％～40％，所述碳水化合物與金屬氧化物中金屬元素的摩爾比為1:(0.1～10)。

優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)采用水/四氫呋喃混合溶劑時(shí)，還加入氯化鈉以增強(qiáng)室溫下四氫呋喃和水之間的分離，氯化鈉的加入量為水質(zhì)量的10％～36％。